Invloed van luchtbeweging op de verdeling van temperatuur, vocht en CO 2

vocht en CO

₂

Geforceerde luchtbeweging heeft ook invloed op de verdeling van vocht, temperatuur en CO2 in de kas. Om

het effect van de luchtbeweging te bepalen is een berekening gedaan met en zonder luchtbeweging. Uitgangspunt is de situatie zoals deze in het experiment was. Er is één kap gemodelleerd waarbij er 75 W/m2 _{aan zonnewarmte in de kas wordt gebracht waarvan er 50% in voelbare warmte wordt omgezet en}

50% in latente (verdamping) warmte. De zonnewarmte wordt direct in het gewas omgezet in waterdamp en warmte. De weerstand van het gewas op de lucht is in de berekeningen meegenomen. De warmte en de waterdamp worden via ramen, gemodelleerd als spleten in het dek, afgevoerd. De CO2 wordt onder het

buiten is 350 ppm. Het is niet mogelijk de gaatjes zoals deze in de slang zitten te modelleren aangezien hierdoor de rekentijd en ook de computercapaciteit te groot wordt. Om toch het effect te zien van de luchtbeweging op de verdeling van vocht, temperatuur en CO2. zijn de gaten samengevoegd tot grotere

gaten. Het oppervlak van deze gaten is gelijk aan die in het experiment. Deze methode geeft op macro niveau waar deze berekeningen voor bedoeld zijn, een goed resultaat.

Figuur 5.6.

CO2 concentratie als aantal CO2 moleculen per lucht molecuul in het vlak onder de nok van

de kas zonder geforceerde luchtbeweging

Bovenstaande figuur laat de CO2 concentratie onder de nok van de kas zien indien er geen luchtbeweging

wordt toegepast. De zwarte blokjes in de figuur representeren de uitstroomopeningen. De schaal van het figuur moet met 106 _{worden vermenigvuldigd om de concentratie in ppm te krijgen. Ten gevolge van de}

opwarming van de lucht in het gewas, gaat de lucht in het gewas omhoog en in de corridor naar beneden. Dit is duidelijk in bovenstaande figuur te zien waar de corridor zich rechts bevindt. Het CO2 niveau in de kas

bevindt zich tussen de 460 en 510 ppm. De CO2 verdeling zoals deze in bovenstaande figuur te zien is zal

variëren in de tijd. Gemiddeld in de tijd zullen de variaties in het CO2 niveau geringer zijn. Het gemiddelde

niveau in het gewas is 485 ppm.

Figuur 5.7.

Luchtsnelheidprofiel onder de nok van de kas zonder geforceerde luchtbeweging in m/s. Bovenstaande figuur laat de luchtsnelheid in de kas zien als er geen luchtbeweging wordt toegepast. De luchtsnelheid in het gewas is niet hoger dan 5 cm/s ten gevolge van de ventilatie en de natuurlijke convectie. De hoogste luchtsnelheid wordt in de corridor en onder het gewas gehaald.

Figuur 5.8.

CO2 concentratie als aantal CO2 moleculen per lucht molecuul indien luchtbeweging wordt

toegepast hoog in het gewas waarbij de uitstroomsnelheid 10 m/s is

De CO2 concentratie verschillen zijn bij luchtbeweging is kleiner dan zonder luchtbeweging. Ter hoogte van

het gewas is het verschil in CO2 concentratie ongeveer 20 ppm terwijl deze zonder luchtbeweging ongeveer

30 ppm is echter het gemiddelde CO2 niveau in het gewas is lager namelijk 460 ppm. Door de betere

opmenging gaat er ook meer CO2 door het raam naar buiten.

De temperatuurgradiënt over het gewas is in het geval van luchtbeweging iets minder groot namelijk 0.7 K. (zie Bijlage 11).

Figuur 5.9.

Luchtsnelheid in m/s onder de nok van de kas met luchtbeweging van 10 m/s als uitstroomsnelheid hoog in het gewas

De schaal voor de luchtsnelheid is aangepast zodat de luchtsnelheden boven de 1 m/s niet zichtbaar zijn, deze liggen in het gebied waar zich een rode rand omheen bevindt. Onder het systeem voor de

luchtbeweging is de luchtsnelheid maximaal 15 cm/s. Maar iets hoger dan zonder luchtbeweging. Uit dit figuur volgt duidelijk dat alleen het bovenste deel van het gewas wordt blootgesteld aan een hoge luchtsnelheid.

In het experiment werd de CO2 op de conventionele manier in de kas gebracht namelijk met een CO2 darm.

CO2 zou ook direct via het systeem voor de luchtbeweging in de lucht worden gebracht. Voordeel van deze

methode is dat het CO2 niveau direct bij de bladeren met een hoge luchtsnelheid hoger komt te liggen. De

verhoging van het CO2 niveau ten opzichte van het niveau waarop de lucht wordt aangezogen is afhankelijk

van de hoeveelheid lucht die wordt verplaatst en de hoeveelheid CO2 die wordt gedoseerd. Met de in deze

berekening gekozen dosering en een uitblaassnelheid van 10 m/s kan het CO2 niveau van de lucht die wordt

uitgeblazen 17 ppm boven het niveau liggen waarop de lucht wordt aangezogen. Om een zo hoog mogelijk CO2 niveau bij de bladeren te krijgen is het daarom ook van belang het aanzuigpunt ook op een punt in de

kas te plaatsen waar het CO2 niveau hoog is. Indien de opmenging van CO2 in de kas groot is zal dit niet

Figuur 5.10.

CO2 verdeling onder de nok indien luchtbeweging wordt toegepast met een

uitblaassnelheid van 10 m/s en de CO2 dosering ook via het systeem plaatsvindt. De lucht wordt

aangezogen bij de corridor.

Bovenstaande figuur laat de situatie zien waarbij de CO2 met het systeem wordt gedoseerd. Het gemiddelde

CO2 niveau ter hoogte van het gewas is in dit geval 454 ppm. De CO2 verdeling is bij deze aanpak beter dan

bij de conventionele manier van toediening en de toepassing van luchtbeweging. De CO2 gradient is kleiner

dan 15 ppm in het gewas. Echter er gaat nog meer CO2 verloren door ventilatie.

Figuur 5.11.

CO2 verdeling onder de nok indien luchtbeweging wordt toegepast met een

uitblaassnelheid van 1 m/s en de CO2 dosering ook via het systeem plaatsvindt. De lucht wordt

aangezogen bij de corridor.

De geringe verhoging bij het gewas ter plaatse van de uitblaas komt door de hoge luchtsnelheid, de opmenging is hierdoor groot. In bovenstaande figuur is de luchtsnelheid bij de uitblaas verlaagd tot 1 m/s. Indien de dosering gelijk blijft ligt het CO2 niveau van de lucht die uit het systeem stroom 170 ppm boven de

situaties. Nabij de uitstroom is duidelijk een hoger CO2 niveau aanwezig. Echter door opmenging daalt de

concentratie snel verder van het systeem.

Figuur 5.12.

CO2 verdeling onder de nok indien luchtbeweging wordt toegepast met een

uitblaassnelheid van 10 m/s onder in het gewas

De verschillen in CO2 concentratie zijn in het geval dat het systeem voor de luchtbeweging laag in het

gewas wordt opgehangen ongeveer gelijk met de situatie waarbij het systeem hoog in het gewas hangt. De CO2 gradient in het gewas is vergelijkbaar met de situatie waarbij het luchtsysteem hoog in het gewas

hangt.

Figuur 5.13.

CO2 verdeling onder de nok indien luchtbeweging wordt toegepast met een

uitblaassnelheid van 1 m/s en de CO2 dosering ook via het systeem plaatsvindt. De lucht wordt

aangezogen bij de corridor en onderin het gewas ingeblazen.

Indien de CO2 middels het systeem onderin het gewas wordt gebracht waarbij de luchtsnelheid laag is

ontstaat lokaal in het gewas een hoger CO2 niveau. Door de CO2 bij het gewas in de lucht te brengen i.p.v.

Figuur 5.14.

CO2 verdeling onder de nok indien luchtbeweging wordt toegepast met een

uitblaassnelheid van 0.10 m/s en de CO2 dosering ook via het systeem plaatsvindt. De lucht

wordt aangezogen bij de corridor en onderin het gewas ingeblazen.

Indien de luchtsnelheid nog verder wordt verlaagd tot 10 cm/s wordt de CO2 verdeling zoals in

bovenstaande figuur. De geringe luchtsnelheid zorgt ervoor dat de opmenging minder wordt waardoor de CO2 dichterbij de planten blijft. Te plaatse van het gewas kan hiermee het CO2 niveau ongeveer 20 ppm

boven het gemiddelde niveau worden gebracht. Verdere onderzoek is nodig voor een nauwkeuriger kwantificering.

In document Luchtcirculatie en productie: Resultaten kasexperiment 2005, vervolg op deskstudie en klimaatkamer experimenten (pagina 49-55)